DE1475793A1

DE1475793A1 - Mehrteilige Kolbenringanordnung

Info

Publication number: DE1475793A1
Application number: DE1965P0036126
Authority: DE
Inventors: Vanderbilt Jun Vern Corwin
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 1964-04-27
Filing date: 1965-02-22
Publication date: 1969-01-30
Also published as: US3323807A; IL22907A; FR1428665A; GB1032640A

Description

' Mehrteilige Kölbenringänordnung - ,

Die Erfindung betrifft allgemein' Kolbenring» und insbesondere eine ölsbstreifringanordnung, bei welcher #in !Heil der Anordnung zwecks Baarabaetzung der Reibung zwischen den Seilen, UiErterdrüokung von Knarr- bzw. Qui&taohgeräuschen der Anordnung f und Verhinderung der Ablagerung von Kohlerückständen am Kolbenring, welch© die Anordnung zu verkleben trachten und sie somit unwirksam machen, mit Polytetrafluoräthylen (Eeflon) beschichtet is;fc ·

Bei den modernen Kolben—Brennkraftmaschinen nehmen das Verdi oh— . tungaverhältnis, die Tlnterdruokbedingungen während des Betriebs und die Betriebsdrehzahl ständig zu. Diese Umstände führten zu einer zunehmenden Verwendung von aus mehreren lauteilen zusam- | . mengeseiizten ölabstrelfringen, um eine einwandfreie öleteuerung zu gewährleisten. Eine bekanntet Jtonstruktion eines aus mehreren j Teilen bestehenden ölabstreifriijgs weist zwei axial im Abstand

voneinander angeordnete Ringleisten und ein dazwischen ange— ;

ordnetes Abetanä«-Spreizglied auf, von denen letzteres die Ring- ·. \ leisten axial im' Abstand voneinander hält und. radial einwär+st sowi* axial auswärt» geriohtete Ringschultern aufweist, welone am Irmtnumfang der Singleisten angreifen und sie axial in Ba-

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rührung mit den Wänden· "bzw. Flanken der Kolbenringnut sowie radial in Berührung mit der Zylinderwand drängen. Dieser Ab— stand-Spreizring ist zwecks Gewährleistung eines besseren Öl— ablaufs mit breiten radialen Schlitzen versehen, während die dünnen bzw. schmalen Hingleisten mit hohem Flächendruck an der Zylinderwänd anliegen und infolge ihres geringen Gewichts weniger von Fliehkräften beeinflußt werden, wodurch ein Flattern des Kolbenrings vermindert wird. Außerdem gewährleisten " die schmalen Ringleisten wegen ihrer geringen Größe und des durch den Abstand-Spreizring auf sie ausgeübten gleichmäßigen Radialdrucks eine ausgezeichnete Anpassungsfähigkeit des Rings an die Zylinder—Lauffläche.

Die Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe, die Anpassungsfähigkeit der bekannten, aus mehreren Teilen bestehenden ölabstrelfringe durch Herabsetzung der Reibung zwischen die— aen Kolbenringteilen zu verbessern, wodurqh gleichzeitig die lebensdauer der Ringteile erhöht wird.

D® die modernen Brennkraftmaschinen mit verhältnismäßig hohen Kolbengesohwindigkeiten arbeiten, ist es äußerst wichtig, daß sich die Kolbenringe außerordentlich schnell Änderungen der Rffidialgröße. und der Form der Zylinderwänd über deren axiale länge hinweg anzupassen vermögen. Durch Herabsetzung . der Reibung zwischen den Koibenringteilen wird die Anpassungsfähigkeit des Kolbenrings verbessert, während die verminder— / te Reibung zwischen den Einzelteilen auoh eine Bs&ölaung des, Batriebslebensdauer der Seile mit sich bringt·

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Ein anderes Erfindungsziel betrifft die Verminderung von Quietsch— bzw» Knarrgeräuschen der Kolbenringe während ihrer Bewegung relativ zur Kolbenringnut und ihrer Anpassungsbewe— ■ gung an die ZyIinderwand. Dieses Erfindungsziel wird durch die Verwendung eines Reibung herabsetzenden Materials als nachgiebiges Abstandglied zwischen den Kolbenringteilen gelöst, so daß der ölabstreifring sicher in der Kolbenringnut sitzt. Da Flatterbewegungen und Schwingungen der Ringleisten Quietsch— bzw. KnarrgeräuBohe infolge des federnden Versohle- i bens des Rings in der Nut zur Folge haben, werden Schwingungen und Flatterbewegungen verringert, so daß diese Geräusche ausgeschaltet oder zumindest auf einen nicht störenden Pegel reduziert werden.

Bbeh ein anderes Irfindungsziel bezieht sich auf die lohaffung eines neuartigen Abstand-ftpreizrings für eine mehrteilige Kol—

dar .

benringanordnung,/mit Üolytetrafluoräthylen beschichtet isct.

Diese Beschichtung vermindert fieibung und. Yearsohleil zwischen a dem Abstand—Spreizring und den Eingleisten und verhindert außerdem infolge ihrer das Jnhaften anderer Stoffe hemmenden. Eigenschaften die Ablagerung von. Kohlenstoffniederschlägen am AbB-fcand-Äprelzring, welohe sein ölabfuhrvermögen-beeinträchtigen und. die Teile miteinander verkleben und somit uniwirksam machen würden. Kohleabl«eerungen sammeln sich etet· W den Kolbenringbereiohen an und trachten beim ln^Btrüliruiiig-^ Kommen mit den üblichen unbasohiohteten Kolbenringteilen demnach, an diesen feilen anzuhaften und sich achlieüilioh bis zu einem nachteiligem lnaunaS daran anzusammeln·

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Genauer gesagt, schafft die Erfindung eine mehrteilige Kolbenringanordnung, bestehend aus mindestens einer die Wand . des den Kolben aufnehmenden Zylinders gleitend berührenden,

geschlitzten ringförmigen Leiste, die in eine Eingnut des KoI-; , bens einsetzbar ist, und einem federnden Spreizglied zum Auswärtsdrängen der den Zylinder berührenden Leistej das mit einem Abschnitt an dieser Leiste angreift, die dadurch gekennzeichnet ist, daß zumindest der Abschnitt des federnden Spreizglieds, welcher an der den Zylinder berührenden Leiste angreift, mit einer Polytetrafluoräthylen-Schicht übersogen ist.

Weitere Ziele, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich noch deutlicher aus der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen, Es zeigens

Fig. 1 eine teilweise weggekrochene Aufsicht auf eine Kolbenringanordnung mit den Merkmalen der Erfindung,

Fig» 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1 durch eine zwischen einen Kolben und einen Zylinder eingesetzte Kolbenringanordnungj, in vergrößertem, MaJßs.tabj. und

!ig« 3 eine perspektivische Teilansicht des ©inen Seil der Kolbenringanordnung gemäß Fig. 1 und 2 "bildenden Abatand-Spreizringa, in vergrößertem MeJßtab*

Die oben gensnnten Siele und Tortaile der Erfindung werden

bei einer bevorzugten Aueführungsform der Brfindimg «risieltj j

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bei welcher ein mehrteiliger Kolbenring zwei axial im Abstand voneinander angeordnete, die Zylinderwand berührende Ringlei— ' aten aufweist, zwischen denen ein ringförmiges, in Umfangsrichtung zusammendrüekbares und ausdehnbares Abstand-Spreizglied angeordnet ist, welches die Ringleisten im Abstand voneinander hält und sie axial auswärts gegen die Hanken der sie aufnehmenden Kolbenringnut und radial auswärts in die Lauffläche eines Zylinders, in welche die Anordnung eingesetzt ist, berührende und sich dieser anpassende Lage drängt. Das Abatand-Spreizglied bzw. -ring weist abgewinkelte, radial einwärts und axial auswärts gerichtete Schultern auf, die am Innenumfang der Ringleisten angreifen und diese somit axial und radial auswärts drängen. Zur "Verminderung von Reibung zwischen den Ringleisten und dem Abatand-Spreizring, zur Herabsetzung von Quietäch- oder Knarrgeräuschen infolge der federnden Ab— standhaltung zwisohen den Ringen sowie zur Ausschaltung des Ansammeins von Kohleablagerungen am Abstand-Spreizring ist letzterer mit einer Beschichtung aus Polytetrafluoräthylen versehen, die infolge ihres niedrigen Reibungskoeffizienten, ihrer nicht anhaftenden und harten, aber doch nachgiebigen Eigenschaften, das gewünschte Ergebnis gewährleistet.

Gemäß 3Fig# 2 ist die allgemein alt 10.· bezeichne te erfindungsgemäße Kolbenringanordnung in eine Hut 12 eines bei 14 angedeuteten Kolbens eingesetzt, der seinerseits in einem bei 16 angedeuteten Zylinder arbeitet. Ms Hinganordnung 10 besteht aus zwei axial im Abs.teaad voneinander angeordneten, die :

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Zylinderlauffläche berührenden Ringleisten 18 und einem allgemein mit 20 bezeichneten Abstand-Spreizglied bzw. -ring. Die Ringleisten. 18 sind von der für gewöhnlich bei Kölbenringan— Ordnungen dieses allgemeinen Typs verwendeten Art; sie sind in Axialrichtung gesehen verhältnismäßig dünn und flach und stehen radial aus der Nut 12 hervor, so daß sie mit ihrem radialen Außenumfang 19 an der Zylinderwand 16 anliegen.

Der Abstand-Spreizring 20 is.t, wie bei derartigen Kolbenring— ^ anordnungen üblich, in ümfangsrichtung zusammendrückbar und

ausdehnbar bzw. spreizfähig. Der in den. Zeichnungen dargestellte spezielle Abstand-Spreizring 20 weist obere und untere, in Umfangsrichtung ausdehnbare und zusammendrückbare Federglieder 24- bzw. 26 auf, die durch eine Vielzahl von in Umfangsrichtung auf Abstände verteilten Stegen bzw. Schenkeln 28, welche die Außenränder dieser Glieder starr miteinander verbinden, axial im Abstand voneinander gehalten werden. Wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich ist, sind die Stege bzw. Schenkel 28 in Umfangsrichtung verhältnismäßig schmal bzw. dünn und legen so— " mit zwischen sich radial verlaufende Öffnungen bzw. Zwischenräume fest, so daß das durch die Ringleisten 18 von der Zylin— derwand 16 abgestreifte Schmiermittel an diesen Stegen vorbei in eine in der Nut 12 vorgesehene und zum nicht dargestellten , Eolbeninneren führende Bohrung 30 zu fließen vermag, von wo das Schmiermittel in den nicht dargestellten Ölsumpf der Brennkraftmaschine abfließen kann. Die radialen äußeren Ab— \ schnitte 25 und 27 der !Federglieder 24 bzw. 26 berühren die Innenflächen der Hingleisten 18 und halten diese axial im Abstand voneinander.

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An in Umfangsrichtung auf Abstände verteilten Stellen sind die Federglieder 24 und 26 am Innenumfang mit auswärts gerichteten Schultern 32 versehen, die radial einwärts und· axial auswärts abgewinkelt s-ind und am Innenumfang 34 der zugeordneten Eingleiste 18 anliegen, so daß sie die Singleisten 18 radial auswärts gegen die Zylinderwand 16 und axial auswärts gegen die Planken 36 der Hut 12 drängen. Der Abstand— Spreizring 20 besitzt geschlitzte Bingform und seine ümfangs—

an
"enden 22 stoßen -einander an. In unbelastetem Zustand ist die

Länge des Abstand-Spreizrings 20 größer als der Innenumfang der Eingleisten 18 in an der Zylinderwand 16 anstoßendem Zustand, so daß der Abstand-Spreizring in im Zylinder eingeschlossenem Zustand der Kolbenringanordnung 10 zusammengedrückt wird und einen Druck auf den Innenumfang 34 der Eingleisten 18 ausübt und sie gleichmäßig radial auswärts gegen die Zylin- ' derwand sowie axial gegen die Mutflanken 36. drängt. Die Spannung im Abstand-Spreizring 20 ist unabhängig von der Tiefe der 33ut 12, da er beim Zusammenpressen nicht am Hutboden anzuliegen braucht,

2nr Verminderung der Reibung an d%r* Berührungestelle zwischen den Schultern 32 des Abstand-Spreizring 20 und dem Innenum-. fang 34 der einzelnen Ringleisten .18 sowie zwischen den Aus— ssnabschnitten 25 und 27 des Ü&stand-Spreizrings einerseits und den Ringleisten andererseits, zur federnden Abstandhaltung αer Eingleisten 18 und zur Verhinderung der Ansammlung von

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Kohleablagerungen am Äbstanl-Spreizring, welche die Ringanord— nung 10 verkleben und den Sehmiermittelfluß am Äbstand-Spreizring vorbei.behindern würden, ist die gesamte Oberfläche des Abstand—Spreizrings mit einer verhältnismäßig dünnen, harten, zähen und nachgiebigen Beschichtung 40 aus Polytetrafluoräthylen versehen, deren Dicke in den Zeichnungen zwecks besserer Darstellung stark übertrieben eingezeichnet ist» In der Praxis hat es sich gezeigt, daß dieae Beschichtung vorzugsweise eine Stärke von 0,007 — 0,02 miß. besitzen sollte» Yfenn die Beschichtung in einer Stärke von weniger als 0,007 mm aufgebracht wird, ist es schwierig, zu gewährleisten, daß auch die ganze Oberfläche des Abstand-Spreizrings einwandfrei beschichtet ist, da es unmöglich ist, eine unbedingt gleichmäßige Beschichtung herzustellen; ist die Beschichtung dagegen dicker als etwa 0,02 mm, so erweist es sieh wegen der Dimensions- und Formänderungen des Atos-taad-Spreizrings als schwierig, kleinste, nachteilige Folgen mit sich bringende Risse in der Beschichtung zu" vermeiden»

Mach einer vorangehenden Reinigung, bei welcher Rost, 3?ett, organische Schichten, Schmutz oder andere Fremetstoffe, die auf dem Abstand-Spreizring vorhanden sein können, von den zu beschichtenden Oberflächen entfernt werden, kann das Polytetrafluoräthylen schnell und einfach nach Spritz- oder Tauchverfahren aufgetragen werden« Dieses Beschichten erfolgt vorzugsweise dann, wenn sich das Abstand-Spreizglied noch in ununterbrochenem, aufgerolltem Zustand befindet und bevor die

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einzelnen Binglieder auf die entsprechende Länge geschnitten worden sind, wobei die Enden 22 nicht beschichtet sind; da die Enden 22 nach dem Zusammensetzen jedoch aneinander anliegen, ist an dieser Stelle keine ^ttfreie Fläche" vorhanden-.

Es hat sich als am vorteilhaftesten erwiesen, das Polytetra— fluoräthylen in Sonn einer niedrige "Viskosität besitzenden Dispersion in einem wässrigen Medium aufzubringen. Eine solche Dispersion kann durch Vermischen von 2,27 kg "DuPont Teflon Hesin 850-311" mit 0,453 kg »DuPont Accelerator VM-7799" und Ö,255kg destilliertem Wasser oder einem Mehrfachen dieser Mengen im selben Verhältnis hergestellt werden. Diese Bestandteile werden bis zur Erzielung einer gleichmäßigen Dispersion miteinander vermischt und diese Dispersion wird dann in einer Stärke von 0,007 — 0,02 mm auf das Abstand-Spreizglied aufgespritzt, lach dem Spritzen wird das Spreizglied bei einer Temperatur von etwa 66°0 in einen Verdampferofen eingebracht, bis das Wasser verdampft ist. Anschließend werden die mit Polytetrafluorethylen beschichteten Abstand-Spreizglieder bei einer Temperatur von etv/a 37O⁰Causgehärtet, bis eine Sinte— " rung der Beschichtung auftritt. Beim Spritzen, Verdampfen und Sintern muß große Sorgfalt angewandt werden, um unebene, rissige oder anderweitig ungleichmäßige Beschichtung möglichst zu vermeiden.

Aus der vorangehenden Beschreibung ist es ersichtlich, daß die Polytetrafluoräthylen-Beschichtung am Abstand-Spreiz-

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ring 20 die Reibung zwischen diesem und den Hingleisten 18 zu vermindern vermag, so. daß sich die Ringanordnung 10 leichter der Zylinderlauffläche 16 anzupassen vermag und außerdem der Verschleiß herabgesetzt wird. Diese Beschichtung gewährleistet eine federnde Abstandhaltung zwischen dem Abstand— Spreizring und den Ringleisten, so daß letztere federnd gegen die Flanken 36 der Hut 12 gedrückt werden und dabei keine Quietsch- oder Knarrgerausehe verursachen. Außerdem verhindert die Polytetrafluoräthylen-Beschichtung die Ansammlung von Kohleablagerungen am Abstand-Spreizring.

Obgleich vorstehend nur eine einzige Ausführungsform der Erfindung dargestellt und beschrieben ist, sind ersichtlicherweise zahlreiche Änderungen und Abwandlungen möglich, ohne daß der Rahmen und der Grundgedanke der Erfindung verlassen werden.

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Claims

H75793 P atentansprüche

1. Mehrteilige Kolbenringanordnung, bestehend aus mindestens einer die Yfand des den KoIIden aufnehmenden Zylinders gleitend berührenden, geschlitzten ringförmigen Leiste, die in eine Ringnut des Kolbens einsetzbar ist, und. einem federnden Spreizglied zum Auswärtsdrängen der den Zylinder "berührenden Leiste, das mit einem Abschnitt an dieser Λ Leiste angreift, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Abschnitt des federnden Spreizglieds, welcher an der den Zylinder berührenden Leiste angreift, mit einer PoIytetrafluoräthylen-Schicht überzogen ist.

2. Kolbenringanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß praktisch das ganze federnde Spreizglied mit einer Polytetrafluoräthylen-Schicht überzogen ist«

3. Kolbenringanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polytetrafluoräthylen-Schicht eine .Stärke von etwa 0,007 - 0,02 mm besitzt.

4. Kolbenringanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher im federnden Spreizglied mehrere Radialöffnungen zur Ermöglichung eines Schmiermitteldurchtritts vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der diese Öffnungen umgebende Bereich des federnden. Spreizglieds mit einer Polytetrafluoräthylen-Schicht überzogen ist.

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5. Kolbenringanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Spreizglied ebenfalls in der Ringnut- angeordnet werden kann uxiö an der den Zylinder berührenden leiste angreift und sie auswärts in Anlage an die* Zylinderwand, drängt.

6. Kolbenringanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ■ gekennzeichnet j, daß die Leiste einen aus der I\Tut herausragenden Abschnitt aufweist«

7. Kolbenringanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit zwei den Zylinder berührenden Leisten, die axial im Abstand voneinander angeordnet sind und an den die Hut begrenzenden Wänden bzw» Flanken anzuliegen vermögen, dadurch gekennzeichnet, daß das Spreizglied einen axial z?fi-~ schen den Leisten befindlichen und diese zwecks Abstandhaltung in Axialriehtung berührenden Abschnitt sowie einen zweiten^ die Leisten berührenden und sie axial und radial auswärts in Andruckbertüirung mit den Mutflanken bzw.' der Zylinderwand drängenden Abschnitt aufweist und daß zumindest diese beiden Abschnitte des Abstand—Spreizglieds mit einer Polyte trafluoräthylen-Schicht überzogen sind, mn die Eeibung zwischen diesem Glied und den Leisten zu vermindern und letztere federnd im Abstand voneinander zu halten*

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8. Kolbenringanozr&nung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das ganze Spreizglied von einer Polytetrafluoräthylen-Schicht übarsogen ist, so daß .Reibung und Verschleiß zvaschen den Teilen der Kolbenringanordnung vermindert werden und das Anhaften von Kohleablagerungen am Spreizglied verhindert v»^rird.

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